The most common driving situations for normal drivers lie in on-center and off-center range correspond to vehicle response due to small and medium steering inputs, typical of driving on relatively straight roads and changing lane on multi-lane roads. The handling performances in these regions can give a major impact on the driver effort exerted and their resultant physical fatigue. Recently, the demands of handling performances in the on-center and off-center areas have been increased by customers and become important requirements in the development of vehicle and tire. Here, the ease and confidence with which a vehicle can be driven is of great importance for customers. This kind of vehicle performance is called as steering feel in the vehicle and tire industry.
The performance of steering feel is generally evaluated at every design stage of vehicle and tire. Here, the evaluation of the steering feel is generally done by two methods; subjective and objective. In the subjective method, the steering feel performances are assessed by driver’s feeling while in the objective method the performances are determined by the measurement or simulation result. Both subjective and objective methods are currently used to evaluate the performance of the steering feel. But, until now, it is a strict requirement that the final judgement of the steering feel performance should be evaluated by subjective assessment method because the users of vehicle and tire are human. In spite of the important roles of the subjective assessment in the vehicle and tire design, it has some drawbacks. At first, it is difficult to express the performance as quantitatively because it is highly dependent on driver’s feeling. Also, it takes a lot of time and money. On the other hand, the objective method has an advantage to quantify vehicle performance as a figure, which contributes to make design target clearly. So, the developing time can be reduced when the objective method can be successfully applied to vehicle and tire design. But, in order to use the objective method in the vehicle and tire design in practical, objective parameters that can closely link to the subjective assessment should be developed at first.
Many previous researches have tried to identify the steering feel as objective method. But, they don’t consider the nature of driver’s subjective assessment in detail. Consequently, the proposed objective parameters to describe the steering feel are too many and complex to use in the vehicle and tire design. Especially, their objective parameters have a low correlation with subjective assessment of driver.
The main purposes of this thesis are to objectify and construct drivers’ subjective assessment model for the steering feel. In order to achieve these goals, three parts of research are done step by step. The first part deals in detail the driver’s judgement techniques in evaluating the steering feel including the on-center feel and steering response. For this object, a special questionnaire sheet composed of eleven inquiry items is carefully designed considering the process by which the steering feel is evaluated subjectively. Using statistical analysis of subjective rating data, it is found that the driver’s subjective assessment of the steering feel can be sufficiently explained by the proposed questionnaires. In the second part, objectification techniques of the steering feel with measurement data are done by considering not only the process by which steering feel is evaluated subjectively but also the ergonomic perception sensitivity of driver. Here, the objective measurements of on-center weave, off-center weave and low-g swept steering test are done and their associated objective parameters are extracted. Also, subjective data are acquired by participating eight drivers. They are asked to evaluate 13 vehicles subjectively after driving vehicles in proving ground. From statistical analysis, it is found that subjective assessment of the steering feel can be successfully explained and objectified by the proposed objective parameters. In the third part, a methodology to predict the drivers’ subjective assessment of the steering feel is presented. Using the acquired subjective and objective data, an artificial neural network and linear regression models representing the drivers’ subjective assessment are constructed. By applying new subjective and objective data excluded in constructing the models, it is found that the neural network model is more accurate in predicting the subjective assessments from the objective measurement data.
This study has relevance to automotive industry in that the final judgment of vehicle and tire performances in design process is generally made by subjective assessment. In particular, by using the proposed subjective assessment modelling technique, it will be possible to predict driver’s evaluation of a new vehicle when objective data from the vehicle are determined. This would allow savings of time and money on driver factor studies, as well as shortening the development time of a new vehicle and tire, which is so critical issue nowadays.
차량이 고속 주행하는 상황에서 주행 안정성은 매우 중요하며, 여러 가지 차량 성능 중에서 조향감 (steering feel)과 밀접하게 관련되어 있다. 조향감 성능이 우수한 차량의 경우 주행 중에 운전자의 조향 의도를 정확하게 반영하고, 운전자에게 조향 조작에 대한 정보를 명확하게 주어 운전자의 조향 수정을 작게 한다. 반대로 조향감에 문제가 있는 차량의 경우 차량이 운전자의 조향 조작에 대해 너무 민감하게 반응하거나 운전자에게 조향 정보를 주지 못하여 운전자로 하여금 운전에 더 많은 노력을 들이게 하고 운전에의 집중력을 떨어뜨려 안전사고를 발생시킬 수 있다.
일반적으로 조향감은 차량 개발의 매 단계에서 성능 평가가 이루어 진다. 일반적으로 조향감 성능을 평가하는 방법은 크게 두 가지로 분류 된다. 하나는 평가자가 직접 차량을 운전하여 성능을 결정하는 주관적 평가 (subjective assessment) 방법이며, 다른 하나는 실차 계측이나 ADAMS와 같은 모의시험에서 얻은 데이터로 결정하는 객관적 평가 (objective assessment) 방법이다. 현재 차량 개발에서 주관 평가와 객관 평가 모두 사용된다. 하지만 실제 차량 개발의 마지막 단계에서 최종 성능 평가는 주관 평가에 의해서 이루어지고 있기 때문에 주관 평가는 매우 중요하며, 현재까지도 많은 연구가 이루어지고 있는 분야이다. 이와 같이 주관 평가는 차량 개발에서 중요한 역할을 하고 있지만 몇 가지 단점을 가지고 있다. 첫 번째로 주관 평가 방법은 운전자의 감각에 의존하는 부분이 많기 때문에 차량 성능을 정량적으로 표현하기 어렵다는 것이다. 다른 하나는 시간과 비용이 많이 들어가는 것이다. 반면에 객관적 평가 방법이 갖고 있는 장점은 차량 성능을 정량적으로 수치화하여 나타낼 수 있다. 따라서 설계 초기 단계에서 목표치를 정확하게 설정할 수 있다. 하지만 이와 같은 객관적 평가 방법이 실제 차량 개발에 효율적으로 적용되기 위해서는 주관적 평가 결과를 잘 나타내 줄 수 있는 객관적 성능 인자 (objective parameter)를 선정하는 것이 요구 된다.
기존에 많은 사람들이 조향감에 대한 주관 평가를 객관화하기 위한 노력을 기울여 왔다. 하지만 주관 평가방법에 대한 충분한 분석 없이 조향감을 객관화하여 제안된 인자들이 너무 많고 복잡하였다. 또한 제시된 객관적 인자들이 주관 평가를 충분히 반영하지 못하여 객관적 성능 인자들과 주관 평가 간의 상관성이 낮아 실질적으로 차량 개발에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 논문의 주요 목적은 조향감에 대한 주관 평가를 객관화하고 운전자의 주관 평가 모델을 구축하는 것이다. 이를 위하여 크게 3개 부문으로 나누어 연구를 진행하였다. 첫 번째로 조향감에 대한 객관적 성능 인자들과 주관 평가 간의 관계를 명확하게 규명하기 위하여 운전자의 주관 평가 방법을 자세히 연구하였다. 여기서 모두 11 가지 질문 항목으로 구성된 주관 평가서를 제안하였으며, 8 명의 전문 평가자가 제안된 주관 평가서를 이용하여 13 개 차량의 조향감 성능을 세부적으로 평가하도록 하였다. 평가된 점수들에 대한 통계적 분석을 통하여 운전자의 조향감 평가가 제안된 주관 평가서의 항목들에 의해서 충분히 설명될 수 있음을 알 수 있었다.
두 번째로 운전자의 주관 평가 방법과 지각 능력을 고려하여 조향감을 객관화하기 위한 연구를 수행하였다. 여기서 On-center 위브 조향 (weave steering), Off-center 위브 조향, 그리고 스웹 조향(swept steering) 시험을 수행하여 조향감과 관련된 41 개의 객관적 성능 인자들을 추출하였다. 아울러 조향감의 주관 평가와 객관적 성능 인자 간의 상관성을 통계적으로 분석하여 차량의 조향감은 제안된 객관적 성능 인자들과 밀접하게 관련되어 있으며, 조향감에 영향을 미치는 주요한 객관적 성능 인자들을 선정할 수 있었다.
세 번째로 운전자의 조향감 평가를 예측하기 위한 모델 개발에 대하여 연구하였다. 실차 시험으로부터 얻은 주관 평가 점수와 객관적 성능 인자들을 이용하여 선형 회귀 (linear regression)와 뉴럴 네트워크 (neural network) 모델을 구성하였다. 구성된 두 모델에 대한 검증 시험으로부터 제안된 뉴럴 네트워크 모델이 정확도 (accuracy) 측면에서 우수함을 알 수 있었다.
차량 개발에서 최종 성능은 반듯이 주관 평가에 의해서 수행되기 때문에 본 논문의 연구 결과는 자동차 개발과 밀접한 관련을 갖고 있다. 특히 제안된 운전자 평가 모델을 이용하여 차량의 조향감 성능을 구상 설계 단계에서부터 모의 시험할 수 있다. 이와 같은 결과는 최근 들어 차량과 타이어 개발 산업에서 크게 주목하고 있는 개발 기간 단축 문제와 개발 차량의 평가 비용을 줄이는 측면에서 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
